(57)【要約】【課題】  非密集パターンの焦点深度を拡大するための露光装置を提供する。【解決手段】  マスクのパターンを被露光体に投影する投影光学系を有する露光装置であって、前記マスクパターンを経た１次回折光が入射する円形領域としての第１の領域と、前記１次回折光を含まない高次回折光とが入射し、入射した当該高次回折光の位相を反転させ、前記第１の領域よりも外周に形成された輪帯領域としての第２の領域とを有する瞳フィルタを有し、当該瞳フィルタは、前記第１の領域の中心から前記第２の領域の外周までの半径を１と規格化し、前記第２の領域の幅をｒとすると、前記第２の領域は、０．９≦ｒ≦１．０を満たすことを特徴とする露光装置を提供する。【選択図】        図１
2006245270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスクのパターンを被露光体に投影する投影光学系を有する露光装置であって、
前記マスクパターンを経た低次回折光が入射する円形領域としての第１の領域と、前記低次回折光を含まない高次回折光とが入射し、入射した当該高次回折光の半分の位相を反転させ高次回折光をキャンセルするような、前記第１の領域よりも外周に形成された輪帯領域としての第２の領域とを有する瞳フィルタを用いて露光することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
マスクのパターンを被露光体に投影する投影光学系を有する露光装置であって、
前記マスクパターンを経た低次回折光が入射する円形領域としての第１の領域と、前記低次回折光を含まない高次回折光とが入射し、入射した当該高次回折光の位相を反転させ、前記第１の領域よりも外周に形成された輪帯領域としての第２の領域とを有する瞳フィルタを用いて露光することを特徴とする露光装置。
【請求項３】
当該瞳フィルタは、前記第１の領域の中心から前記第２の領域の外周までの半径を１と規格化し、前記第２の領域の幅をｒとすると、
前記第２の領域は、０．９≦ｒ≦１．０を満たすことを特徴とする露光装置。
【請求項４】
マスクのパターンを被露光体に投影する投影光学系を有する露光装置であって、
前記マスクパターンを経た低次回折光が入射する円形領域としての第１の領域と、前記低次回折光を含まない高次回折光とが入射し、入射した当該高次回折光の位相を反転させ、前記第１の領域よりも外周に形成された輪帯領域としての第２の領域とを有する瞳フィルタを有し、
当該瞳フィルタは、前記第２の領域の幅をｒとし、前記１次回折光と位相が逆の、前記高次回折光の照射ピーク位置をＲ（ｋ１）とし、当該ピーク位置から振幅が反転するまでの幅をｄｒとすると、前記第２の領域は、
Ｒ（ｋ１）−ｄｒ≦ｒ≦Ｒ（ｋ１）
または
Ｒ（ｋ１）≦ｒ≦Ｒ（ｋ１）＋ｄｒ
を満たすことを特徴とする露光装置。
【請求項５】
マスクのパターンを被露光体に投影する投影光学系を有する露光装置であって、
前記マスクパターンを経た低次回折光が入射する円形領域としての第１の領域と、前記低次回折光を含まない高次回折光とが入射し、入射した当該高次回折光の位相を反転させ、前記第１の領域よりも外周に形成された輪帯領域としての第２の領域とを有する瞳フィルタを有し、
当該瞳フィルタは、前記第２の領域の幅をｒとし、前記１次回折光と位相が逆の、前記高次回折光の照射ピーク位置をＲ（ｋ１）とし、当該ピーク位置から振幅が反転するまでの幅をｄｒとすると、前記第２の領域は、
Ｒ（ｋ１）−ｄｒ≦ｒ≦Ｒ（ｋ１）＋ｄｒ
を満たすことを特徴とする露光装置。
【請求項６】
前記マスクは、レベンソン型シフトマスク又はクロムレス位相シフトマスクであって、パターンのハーフピッチ（ｐ）がｋ１＝（ｐ／λ）ＮＡ>０．６５のパターンを含むことを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の露光装置。
【請求項７】
前記マスクは、バイナリマスク又はハーフトーン型位相シフトマスクであって、パターンのハーフピッチ（ｐ）がｋ１＝（ｐ／λ）ＮＡ>１．３のパターンを含むことを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の露光装置。
【請求項８】
前記露光装置の照明条件は、垂直入射成分を含み極端な斜入射成分を含まないとし、好ましくはσ０．２以下の小シグマ照明とすることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の露光装置。
【請求項９】
請求項１又は２に記載の露光装置を用いて被露光体を露光するステップと、
当該露光された被露光体を現像するステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には、露光に係り、特に、ＩＣ、ＬＳＩなどの半導体チップ、液晶パネルなどの表示素子、磁気ヘッドなどの検出素子、ＣＣＤなどの撮像素子といった各種デバイス、マイクロメカニクスで用いる微細パターンの製造に用いられる露光方法に関する。ここで、マイクロメカニクスとは、半導体集積回路製造技術を微細構造体の製作に応用し、ミクロン単位の高度な機能を持った機械システムを作る技術をいう。
【背景技術】
【０００２】
レチクル（マスク）に描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等に露光する投影露光装置は従来から使用されており、近年では、高解像度な露光装置がますます要求されている。
【０００３】
投影露光装置で転写できる最小の寸法（解像度）は、投影光学系の開口数（ＮＡ）に反比例するため、投影光学系のＮＡの向上は加速的になされ、ＮＡ＝０．９を超える投影光学系の開発がされている。しかしながら、例えば、単に投影光学系のＮＡを大きくして解像度を高める方法では、焦点深度がＮＡの二乗に反比例して狭くなるため、高ＮＡ化を進めるほどデバイス製造に必要な深度が得られなくなり、高ＮＡ化に限界がでる。そこで、最近では高い解像度を得ると同時に大きな焦点深度を得るための技術の開発が進められている。
【０００４】
例えば、透過光の位相を部分的に反転させる位相シフトマスクと、結像性能を向上させるために投影光学系の瞳面（フーリエ変換面）に部分的な位相反転を行う瞳フィルタとを有する露光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照のこと）。それにより、結像性能及び焦点深度を向上させることが可能となる。
【特許文献１】特開平０７−０３７７８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、位相シフトマスクのパターン間隔が大きくなると（非密集パターンであると）、物体スペクトルの１次回折光のほかに、１次光と逆位相の高次回折光が瞳に入射する。それにより、所望の深度が得られなくなってしまう。なぜなら、パターン間隔が狭ければ（密集パターンであると）、＋１次光と−１次光の２光束干渉となるので所望の深度を得ることができるが、パターン間隔が大きくなれば、±１次光のほかに、１次光と逆位相の高次回折光も入射して干渉してしまうので、デフォーカス時の像を乱してしまうからである。この場合、特許文献１の瞳フィルタは、瞳半径を１に規格化して瞳面での動径方向の位置をｒとするｒ１＜ｒ＜ｒ２（ｒ１＝０．２５付近、ｒ２＝０．９２付近）の範囲の領域の位相を反転させるというものであるが、コンタクトホールパターンには深度拡大の効果があるが、ラインパターンでは逆に深度が減少してしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、コンタクトホールパターンのみならずラインパターンの、非密集パターンの焦点深度を拡大するための露光装置及び露光方法を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面としての露光装置は、マスクのパターンを被露光体に投影する投影光学系を有する露光装置であって、前記マスクパターンを経た１次回折光が入射する円形領域としての第１の領域と、前記１次回折光を含まない高次回折光とが入射し、入射した当該高次回折光の位相を反転させ、前記第１の領域よりも外周に形成された輪帯領域としての第２の領域とを有する瞳フィルタを有し、前記マスクパターンを経た低次回折光が入射する円形領域としての第１の領域と、前記低次回折光を含まない高次回折光とが入射し、入射した当該高次回折光の半分の位相を反転させ高次回折光をキャンセルするような、前記第１の領域よりも外周に形成された輪帯領域としての第２の領域とを有する瞳フィルタを用いて露光することを特徴とし、あるいは、前記マスクパターンを経た低次回折光が入射する円形領域としての第１の領域と、前記低次回折光を含まない高次回折光とが入射し、入射した当該高次回折光の位相を反転させ、前記第１の領域よりも外周に形成された輪帯領域としての第２の領域とを有する瞳フィルタを用いて露光することを特徴とする。
【０００８】
本発明の別の側面としての露光装置は、マスクのパターンを被露光体に投影する投影光学系を有する露光装置であって、前記マスクパターンを経た１次回折光が入射する円形領域としての第１の領域と、前記１次回折光を含まない高次回折光とが入射し、入射した当該高次回折光の位相を反転させ、前記第１の領域よりも外周に形成された輪帯領域としての第２の領域とを有する瞳フィルタを有し、当該瞳フィルタは、前記第２の領域の幅をｒとし、前記１次回折光と位相が逆の、前記高次回折光の照射ピーク位置をＲ（ｋ１）とし、当該ピーク位置から振幅が反転するまでの幅をｄｒとすると、前記第２の領域は、Ｒ（ｋ１）≦ｒ≦Ｒ（ｋ１）＋ｄｒまたはＲ（ｋ１）−ｄｒ≦ｒ≦Ｒ（ｋ１）を満たすことを特徴とする。
【０００９】
本発明の別の側面としての露光装置は、マスクのパターンを被露光体に投影する投影光学系を有する露光装置であって、前記マスクパターンを経た１次回折光が入射する円形領域としての第１の領域と、前記１次回折光を含まない高次回折光とが入射し、入射した当該高次回折光の位相を反転させ、前記第１の領域よりも外周に形成された輪帯領域としての第２の領域とを有する瞳フィルタを有し、当該瞳フィルタは、前記第２の領域の幅をｒとし、前記１次回折光と位相が逆の、前記高次回折光の照射ピーク位置をＲ（ｋ１）とし、当該ピーク位置から振幅が反転するまでの幅をｄｒとすると、前記第２の領域は、Ｒ（ｋ１）−ｄｒ≦ｒ≦Ｒ（ｋ１）＋ｄｒを満たすことを特徴とする。
【００１０】
本発明の別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被露光体を露光するステップと、当該露光された被露光体を現像するステップとを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、非密集パターンの焦点深度を拡大するための露光方法及び露光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一側面としての露光装置１を説明する前に、添付図面を参照して、従来技術の問題点を詳述する。
【００１４】
現在、解像性のよいレジストは、一般的にポジレジストが用いられており、ポジレジストは、図１０に示すように、光の当たった部分が現像すると溶け、光のあたらなかった部分は現像しても溶けないで残る。ここで、図１０は、ウェハとマスクの平面図であり、この場合、図１０（ａ）がラインパターンであり、図１０（ｂ）がホールパターンである。また、マスクの白い部分が光の透過部分であり、黒い部分が光の遮光部分である。
【００１５】
図１０のウェハ面上にはＳｉ基板などにレジスト（感光剤）が塗布されている。図１０のウェハにおいては、転写されたパターンを現像した後のレジスト像を示し、ウェハ断面は、断面Ａ−Ａ及び断面Ｂ−Ｂを示す。断面Ａ−Ａ及び断面Ｂ−Ｂのように、光があたった部分は現像液に溶け基板が露出する。また、ウェハ面に転写されたパターンの、光があたらなかった部分は、現像液に溶けずにレジストが残っている。
【００１６】
回路として用いられるラインパターンは、図１０（ａ）上図のように、レジストを基板上に残しておくためパターンが遮光部分として描かれている。一方、コンタクトホールパターンは、電流を他の層に流すためのレジストに穴をあけるため、図１０（ｂ）の上図のように、光透過部分のパターンがレジスト面上に描かれる形状にする。この場合、ゲートパターンは、光を遮光する線上のラインパターンで構成される。
【００１７】
また、細いラインパターンの解像性をよくするために、レベンソン型位相シフトマスクが一般に用いられている。レベンソン型位相シフトのパターンは、図１１に示すように遮光部のラインパターンを挟み、ガラス基板上に片側のみ位相反転させてある。この位相反転部分は、位相シフタまたはシフタといわれる。この場合、遮光部のない、位相シフタの境界のみでパターンを形成するクロムレス位相シフトマスクも原理は同じであるが、以下では、レベンソン型位相シフトマスクを用いて説明する。ここで、図１１は、レベンソン型位相シフトマスクの平面図である。
【００１８】
一般的に、レベンソン型位相シフトマスクのパターンは、垂直入射したコヒーレント照明によってｋ１＝Ｌ／λ×ＮＡ＝０．２５まで解像する。ここで、ＬはＬ／Ｓの線幅、またはハーフピッチであり、λは照明光の波長、ＮＡは投影光学系の開口数である。この限界解像力付近では深度が、非常に大きく得られる。
【００１９】
ここでは、レベンソン型位相シフトマスクのパターンを露光波長ＡｒＦ、ＮＡ＝１．３５の投影光学系を用い、σ＝０．２の有効光源で露光する。そして、図１１に示すように、ラインパターンの線幅を４５ｎｍとしてパターン間の間隔を４５×１＝４５ｎｍ、４５×２＝９０ｎｍ、４５×３＝１３５ｎｍ…と変化させる。また、図１１では、Ｓ／Ｌ＝１が密集（ｄｅｎｓｅ）とすると、Ｓ／Ｌ＝２乃至３が（ｓｅｍｉ−ｄｅｎｓｅ）、Ｓ／Ｌ＞４で孤立（ｉｓｏ）と分類する。ここで、Ｓは間隔を示し、Ｌは線幅を示す。
【００２０】
図１１での強度分布と物体スペクトルと瞳との関係を図１２に示す。ここで、図１２は、強度分布と物体スペクトルと瞳との関係を示す図であり、図１２（ａ）は、強度分布を示し、図１２（ｂ）は、物体スペクトル及び瞳直径を示す。
【００２１】
図１２に示すように、図１１に示すパターンピッチが大きくなり、かつ、物体スペクトルの1次回折光のほかに高次回折光が瞳に入射するに従い、強度分布の形が変化していく。間隔が１３５ｎｍ（ピッチ１８０ｎｍ）付近までは瞳を物体スペクトルの１次光の２光束のみが入射するが、間隔が４５×４＝１８０ｎｍから１次光のほかに高次回折光Ｃが瞳に入射する。
【００２２】
間隔が４５×１＝４５ｎｍ、４５×２＝９０ｎｍ、４５×４＝１８０ｎｍでのデフォーカスに対する線幅の関係を図１３に示す。図１３は、横軸がデフォーカス、縦軸が線幅となっており、露光量上限Ｉ１と露光量下限Ｉ２での線幅変化を示している。また、線幅は４５ｎｍの±５％の範囲のみを示している。ここでは露光量範囲の上限と下限を基準露光量の±２．５％とし、露光量範囲の上限と下限でのデフォーカスに対する線幅変化を示してある。露光量範囲の上限と下限を基準露光量の±２．５％の範囲内で線幅変化±５％の範囲となるデフォーカス範囲をここでは深度と定義する。
【００２３】
図１３に示すように、間隔が４５×１＝４５ｎｍのとき、デフォーカスしても線幅が変化しにくく深度が大きく得られるが、４５×２＝９０ｎｍではデフォーカスすると線幅が変化しやすくなり深度が若干低下する。４５×４＝１８０ｎｍでは急激に線幅が変化し、深度が得られにくくなる。
【００２４】
ラインパターンの線幅を４５ｎｍとしてパターン間の間隔を４５×１＝４５ｎｍ、４５×２＝９０ｎｍ、４５×３＝１３５ｎｍ…と変化させ、得られた深度を、間隔と線幅の比（Ｓ／Ｌ）に対して示すと図１４のようになる。図１４は、横軸が間隔と線幅の比（Ｓ／Ｌ）で、縦軸を深度として示す。前述したように、深度は基準露光量の±２．５％の露光量範囲内で線幅変化±５％の範囲となるデフォーカス範囲とした。
【００２５】
図４のように照明光の光の偏光方向が無偏光なσ＝０．２の場合と、図５のようにパターンの長手方向に平行に偏光した光をＳ偏光とした場合の深度を比較し、図１４で結果を示す。図１４は、Ｓ偏光と無偏光の照明光にしたときの深度を比較したものである。ここで、図４及び図５は瞳面上での照明光の分布を示し、白い部分に光が一様に入射するものとする。これより、間隔と線幅の比が３まではＳ偏光および無偏光で０．２μｍ弱の深度が得られるが、間隔と線幅の比が３より大きくなるとＳ偏光でも０．１〜０．１５μｍほどの深度しか得られない。特に、間隔と線幅の比が４ではほとんど深度が得られないという問題が発生する。
【００２６】
その理由は、間隔と線幅の比が４以上で得られないのは前にも述べたように高次回折光が入射し、＋１次光と−１次光の２光束干渉とはならず、高次回折光との干渉が加わるからである。Ｓ／Ｌ＝４のとき、図６でパターンを示すが、図６（ａ）のような黒が遮光部、灰色がシフタ部とするとパターン断面図には、以下のガラス基板上にシフタ部で段差がついている。また、図６（ｂ）に回折光の振幅を示す。横軸は瞳面上での座標を示し、±１が規格化した瞳の半径を示している。図６（ｂ）では、プラスの±１次光のほかに回折光Ｄが分布している。
【００２７】
わかりやすくするために回折光を図７で図式化した。ここで、図７は、瞳半径とデフォーカス波面との関係を示すグラフである。線幅４５ｎｍの間隔と線幅の比が１では１次回折光のみが瞳を入射する。２つの１次回折光は、２光束の干渉となり深度が大きく得られるが、間隔と線幅の比が４では1次回折光と２次回折光の位相が反転し、プラスとマイナスの振幅となる。デフォーカスすると、デフォーカス波面は瞳半径のほぼ２乗に比例し、プラスの１次回折光とマイナスの２次回折光の位相反転した回折光がデフォーカス波面にのり、デフォーカス時の像を乱すため、深度が得られにくくなる。
【００２８】
そこで、本実施形態の露光方法では、図９（ａ）に示すように２次回折光の位相反転した光に瞳フィルタの位相を２次回折光のあたる部分のみ部分的に反転させて、１次回折光と同位相にする。図９（ａ）（ｂ）では横軸が瞳の動径方向の位置を示すが、瞳直径の大きさは２次以上の回折光が入射する大きさである。あるいは図９（ｂ）に示すように２次回折光のうち、瞳半径１以下の回折光分布の半分の位相を反転させて２次回折光の一部Ｄ´を位相反転させ、位相を反転させない部分とキャンセルさせるようにしてやればデフォーカス時の像の乱れを少なくすることができる。その結果、深い深度を実現することができる。
【００２９】
以下、添付図面を参照して、本発明の一側面としての露光装置１について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。ここで、図１は、本発明の露光装置１の構成を示す概略断面図である。
【００３０】
露光装置１は、投影光学系３０のウェハ４０側にある最終面（最終光学素子）とウェハ４０との間に供給される液体（液浸液）ＬＷを介して、マスク２０に形成された回路パターンをステップ・アンド・スキャン方式やステップ・アンド・リピート方式でウェハ４０に露光する液浸型の投影露光装置である。かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィー工程に好適であり、以下、本実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（「スキャナー」とも呼ばれる。）を例に説明する。ここで、「ステップ・アンド・スキャン方式」とは、マスクに対してウェハを連続的にスキャン（走査）してマスクパターンをウェハに露光すると共に、１ショットの露光終了後ウェハをステップ移動して、次の露光領域に移動する露光方法である。また、「ステップ・アンド・リピート方式」とは、ウェハの一括露光ごとにウェハをステップ移動して次の露光領域に移動する露光方法である。本実施形態では、液浸型の投影露光装置を使用しているが、露光装置の種類を限定するものではない。
【００３１】
露光装置１は、図１に示すように、照明装置１１を含めた照明光学系１３と、マスク２０を載置するマスクステージ２５と、投影光学系３０と、ウェハ４０を載置するウェハステージ４５と、制御部５０と、瞳フィルタ１００とを有する。
【００３２】
照明装置１１は、光源部１１ａと、ビーム整形系１２とを有する。
【００３３】
光源部１１ａは、本実施形態では、光源として、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーを使用する。但し、光源部１１ａは、ＡｒＦエキシマレーザーに限定されず、例えば、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー、波長約１５７ｎｍのＦ２レーザーを使用してもよいし、光源の個数も限定されない。また、光源部１１ａに使用可能な光源はレーザーに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。
【００３４】
ビーム整形系１２は、例えば、複数のシリンドリカルレンズを備えるビームエクスパンダ等を使用することができ、光源部１１ａからの平行光の断面形状の寸法の縦横比率を所望の値に変換する（例えば、断面形状を長方形から正方形にするなど）ことによりビーム形状を所望のものに成形する。ビーム成形系１２は、後述するオプティカルインテグレーター１５を照明するのに必要な大きさと発散角を持つ光束を形成する。
【００３５】
照明光学系１３は、マスク２０を照明する光学系であり、レンズ１７ａ及び１７ｂ、ミラー１８、オプティカルインテグレーター１５、絞り１６ａ及び１６ｂ等を含む。例えば、コンデンサーレンズ、ハエの目レンズ、開口絞り、コンデンサーレンズ、スリット、結像光学系の順で整列する等である。オプティカルインテグレーター１５は、ハエの目レンズや２組のシリンドリカルレンズアレイ（又はレンチキュラーレンズ）板を重ねることによって構成されるインテグレーターを含むが、光学ロッドや回折素子に置換される場合もある。尚、照明光学系１３は、軸上光、軸外光を問わず使用することができる。
【００３６】
集光光学系１４は、必要な折り曲げミラーやレンズ等を含み、それを通過した光束をオプティカルインテグレーター１５に効率よく導入する。例えば、集光光学系１４は、ビーム成形系１２の出射面と後述するハエの目レンズとして構成されたオプティカルインテグレーター１５の入射面とが光学的に物体面と瞳面（又は瞳面と像面）の関係（かかる関係を本出願ではフーリエ変換の関係と呼ぶ場合がある）になるように配置されたコンデンサーレンズを含み、それを通過した光束の主光線をオプティカルインテグレーター１５の中心及び周辺のどのレンズ素子に対しても平行に維持する。
【００３７】
集光光学系１４は、マスク２０への照明光の露光量を照明毎に変更可能な露光量調整部を含む。図示しない露光量調整部は、制御部１００によって制御され、アフォーカル系の各倍率を変えることにより入射光束のビーム断面形状を変化したり、ズームレンズ等からなり、レンズを光軸方向に移動させ角倍率を変化したりするように構成されている。
【００３８】
レーザーから整形されたビームは偏光素子を含む集光光学系１４を経てオプティカルインテグレーター１５の光入射面に指向される。レーザーからのビームは直線偏光となっているから、集光光学系１４などで波長板などの偏光素子を用いるなどして偏光の方向を制御している。
【００３９】
オプティカルインテグレーター１５は、マスク２０に照明される照明光を均一化するためのもので、その光射出面近傍に複数の２次光源が形成される。ロッドレンズ（即ち、微小レンズ素子）を多数組み合わせることによって構成されている。但し、本発明が使用可能なオプティカルインテグレーター１５はハエの目レンズに限定されず、光学ロッド、回折格子、各組が直交するように配置された複数の組のシリンドリカルレンズアレイ板などを含む。
【００４０】
オプティカルインテグレーター１５の出射面の直後には、形状及び径が固定された開口絞り１６ａが設けられている。開口絞り１６ａは、後述するように、投影光学系３０の瞳３１に形成される有効光源とほぼ共役な位置に配置され、開口絞りの１６ａの開口形状は投影光学系３０の瞳面３１の有効光源形状に相当する。開口絞り１６ａは、後述するように、有効光源の形状を制御する。
【００４１】
開口絞り１６ａは、照明条件に応じて絞り交換機構（アクチュエータ）１６０によって、後述する種々の開口絞りが光路中に位置するように切り替え可能となっている。なお、開口絞り１６ａは、偏光制御手段と一体に構成されてもよい。
【００４２】
集光レンズ１７ａはオプティカルインテグレーター１５の射出面近傍の２次光源から射出し、開口絞り１６ａを透過した複数の光束を集光し、ミラー１８で反射させて被照斜面としてのマスキングブレード１６ｂ面を均一にケーラー照明によって照明する。
【００４３】
マスキングブレード１６ｂは複数の可動遮光板より構成され、任意の開口形状、例えば、投影光学系３０がレンズタイプの場合はほぼ矩形の開口を有している。マスキングブレード１６ｂの開口部を透過した光束を被照明面としてのマスク２０の照明光として使用する。マスキングブレード１６ｂは開口幅を自動可変な絞りであり、後述するウェハ４０の（開口スリットの）転写領域を縦方向で変更可能にする。また、露光装置１は、ウェハ４０の（１ショットのスキャン露光領域としての）転写領域の横方向を変更可能にする、上述のマスキングブレードと類似した構造のスキャンブレードを更に有してもよい。スキャンブレードも開口幅が自動可変できる絞りであり、マスク２０面と光学的にほぼ共役な位置に設けられる。露光装置１は、これら二つの可変ブレードを用いることによって露光を行うショットの寸法に合わせて転写領域の寸法を設定することができる。
【００４４】
結像レンズ１７ｂは、マスキングブレード１６ｂの開口形状を被照斜面としてのマスク２０面に転写し、マスク２０面上のパターンを図示しないウェハチャックに載置したウェハ４０面上に縮小投影する。マスク２０は、その上に転写されるべきパターン又は像を形成され、マスクステージ２５に支持及び駆動される。マスク２０から発せられた回折光は投影光学系３０を通りウェハ４０上に投影される。ウェハ４０は、被処理体でありレジスト４０が基板１７４上に塗布されている。マスク２０とウェハ４０とは光学的に共役の関係に配置される。露光装置１はステップアンドスキャン方式の露光装置（即ち、スキャナー）であるため、マスク２０とウェハを走査することによりマスク２０のパターンをウェハ４０上に転写する。
【００４５】
マスク２０は、図示しないマスク搬送系により露光装置１の外部から搬送され、マスクステージ２５に支持及び駆動される。マスク２０は、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターンが形成されている。マスク２０から発せられた回折光は、投影光学系３０を通り、ウェハ４０上に投影される。マスク２０とウェハ４０とは、光学的に共役の関係に配置される。露光装置１は、スキャナーであるため、マスク２０とウェハ４０を縮小倍率比の速度比で走査することにより、マスク２０のパターンをウェハ４０上に転写する。なお、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置（「ステッパー」とも呼ばれる。）の場合は、マスク２０とウェハ４０を静止させた状態で露光が行われる。
【００４６】
マスクステージ２５は、図示しない定盤に取り付けられている。マスクステージ２５は、レチクルチャックを介してマスク２０を支持し、図示しない移動機構及びステージ制御部６０によって移動制御される。図示しない移動機構は、リニアモーターなどで構成され、Ｘ軸方向にマスクステージ２５を駆動することでマスク２０を移動することができる。
【００４７】
投影光学系３０は、マスク２０に形成されたパターンを経た回折光をウェハ４０上に結像する機能を有する。投影光学系３０は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のミラーとを有する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系等を使用することができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。
【００４８】
ウェハ４０は、図示しないウェハ搬送系により露光装置１の外部から搬送され、ウェハステージ４５に支持及び駆動される。ウェハ４０は、本実施形態ではウェハであるが、液晶基板、その他の被処理体を広く含む。ウェハ４０にはフォトレジストが塗布されている。
【００４９】
ウェハステージ４５は、ウェハチャックを介してウェハ４０を支持する。ウェハステージ４５は、ウェハ４０の上下方向（鉛直方向）の位置や回転方向、傾きを調整する機能を有し、ステージ制御部１３０によって制御される。露光時は、ステージ制御部１３０により投影光学系３０の焦点面にウェハ４０の表面が常に高精度に合致するようにウェハステージ４５が制御される。
【００５０】
制御部５０は、入出力装置６０と、アクチュエータ７０と、瞳フィルタ駆動部８０と、ステージ制御部９０とを有し、開口絞り１６ａと、投影光学系３０と、ウェハステージ４５と、後述する瞳フィルタ１００を制御する。
【００５１】
入出力装置６０は、データを入力及び出力する。この場合、データは、制御部５０から取得した情報を出力する。
【００５２】
アクチュエータ７０は、開口絞り１６ａが光路中に位置するように切り替える。アクチュエータ１６０の駆動は、制御部１００によって制御される。
【００５３】
瞳フィルタ駆動部８０は、後述する瞳フィルタ１００を保持し交換する。本実施形態では、２枚の瞳フィルタ１００及び１０１のみを保持しているが、数量は限定しない。
【００５４】
ステージ制御部９０は、マスクステージ２５及びウェハステージ４５の駆動制御を行う。
【００５５】
図示しない液体供給部は、投影光学系３０とウェハ４０との間の空間或いは間隙に液体ＬＷを供給する供給する機能を有する。
【００５６】
液体ＬＷは、光源部１１からの露光光の等価的な露光波長を短くし、露光における解像度を向上させる機能を有する。本実施形態では、液体ＬＷとして純水を用いる。但し、液体ＬＷは、特に純水に限定するものではなく、露光光の波長に対して高い透過特性及び高い屈折率特性を有し、投影光学系３０やウェハ４０に塗布されているフォトレジストや投影光学系３０の最終面に対して化学的安定性の高い液体を使用することがきる。例えば、フッ素系不活性液体や微量の添加物を加えた水を使用してもよい。
【００５７】
図示しない液体回収部は、投影光学系３０の最終面とウェハ４０との間に供給された液体ＬＷを、回収配管を介して回収する。液体回収部は、例えば、回収した液体ＬＷを一時的に貯めるタンク、液体ＬＷを吸い取る吸引部などから構成される。
【００５８】
瞳フィルタ１００は、投影光学系３０の瞳面Ｐの近傍に配置され、位相分布を変化させる。瞳フィルタ１００は、他の瞳フィルタ１０１と交換可能であってもよい。瞳フィルタ１００の交換もしくは変形は、制御部５０によって制御される。また、瞳フィルタ１００は、レンズのみで構成されている光学系、屈折系と反射系で構成されているカタディオプトリック系などに使用してもよく、投影光学系レンズタイプに制限されるものではない。
【００５９】
瞳フィルタ１００は、図２に示すように、第１の領域Ｂと、第２の領域Ａとを有し、入射する光束に対して位相差を発生させる。この場合、位相差を発生させる方法としては、ガラスなどの平行平面板を削って位相差を出す方法、光学素子（レンズまたはミラー）に位相膜をつける方法、ミラーを変形させて部分的に位相差を出す方法などがあげられる。また、ガラスなどの平行平面板を削って位相差を出す方法の場合、図３に示すように、ガラスなどの平行平面板を削り、ミラーの表面を凹凸にする。更に、図３では、このガラスまたはミラーに曲率をつけていないが曲率が付いていてもよい。ここで、図２及び図３は、瞳フィルタ１００の正面図である。
【００６０】
照明条件は、コヒーレント性のよい、小シグマであるほど効果が出やすい。レベンソン型（またはクロムレス型）位相シフトマスクの場合、σ０．２以下が望ましい。また、クロムレス位相シフトマスクはもちろん、バイナリマスクやハーフトーン型の位相シフトマスクでも垂直入射成分を含み、極端な斜入射成分のないような照明条件では小σであるほど同様の方法により、同様の効果がある。
【００６１】
瞳フィルタ１００は、図２及び図３に示すように、第１の領域Ｂの中心から第２の領域Ａの外周までの半径を１と規格化し、第２の領域Ａの範囲を瞳の動径方向の位置ｒであらわす。
【００６２】
図９（ｂ）に示すように、高次の回折光の半分（ピーク位置から片側）の部分が位相反転した瞳フィルタを用いることにより、高次の回折光の片側の半分を他の片側と逆位相にすることによって、高次の回折光をキャンセル方法で、
【００６３】
【数１】
2006245270.tif 000003
【００６４】
又は
【００６５】
【数２】
2006245270.tif 000004
【００６６】
これは、特定のピッチ近傍のパターンの高次の回折光の位相をキャンセルすることによって深度を拡大する方法である。
【００６７】
数式１又は数式２の部分の輪帯領域の位相差を１８０度つけて２次回折光の位相反転した光に位相フィルタの位相を反転させて、1次回折光と同位相にする。
【００６８】
それにより、パターン間隔が大きくても、±１次光のほかに、１次光と逆位相の高次回折光が干渉するが、同位相だとデフォーカス時の像を大きく乱さない。その結果、深い深度を実現することができる。
【００６９】
たとえば、露光波長ＡｒＦ、数式１又は数式２の位相分布をもつ瞳フィルタのあるＮＡ＝１．３５の投影光学系を用い、σ＝０．２の照明で、線幅４５ｎｍ、パターン間隔４５ｎｍ×４＝１８０ｎｍの非密集パターンを露光すると、デフォーカスに対する線幅の関係は図８（ｂ）に示すようになる。ここで、図８は、デフォーカスに対する線幅の関係を示すグラフである。図８（ａ）（ｂ）は露光量上限Ｉ１と露光量下限Ｉ２での線幅変化を示している。
【００７０】
図８（ｂ）に示すように、間隔と線幅の比が４のときの深度がσ＝０．２の無偏光照明で深度が０．０７μｍから０．４０μｍへと拡大する。あるいは、高次の回折光の位相を瞳フィルタにより逆位相にし、低次の位相と同位相にする方法で、図９（ａ）に示すように、低次回折光と位相が逆の、高次回折光の照射ピーク位置をＲ（ｋ１）とし、ピーク位置から振幅が反転するまでの幅をｄｒとすると、第２の領域Ａは、以下の数式３の条件を満たす。
【００７１】
【数３】
2006245270.tif 000005
【００７２】
ｋ１＝Ｌ／λ×ＮＡでの物体スペクトルの１次回折光ではない高次の回折光のピーク位置（瞳上での半径）を境界にした高次回折光の、動径方向の内側か外側の中心位置をＲ（ｋ１）とし、ピーク位置から振幅が反転するまでの幅をｄｒとすると、第２の領域Ａが、数式３の条件を満たすとき、位置ｒの輪帯領域の部分の位相を反転することにより、特定のピッチ近傍のパターンの深度を大きく拡大することができる。
【００７３】
前の例と同様に、露光波長ＡｒＦ、数式３の位相分布をもつ瞳フィルタのあるＮＡ＝１．３５の投影光学系を用い、σ＝０．２の照明で、線幅４５ｎｍ、パターン間隔４５ｎｍ×４＝１８０ｎｍの非密集パターンを露光すると、デフォーカスに対する線幅の関係は図８（ａ）に示すようになる。
【００７４】
図８（ａ）に示すように、間隔と線幅の比が４のときの深度が、無偏光照明で０．０７μｍから０．１１μｍへと拡大した。Ｓ偏光照明では０．０９μｍから０．１３μｍへと拡大する。
【００７５】
以下、露光方法を説明する。
【実施例１】
【００７６】
マスク２０を通過してマスクパターンを反映する光は、投影光学系３０により、液体ＬＷを介してウェハ４０に結像される。この場合、露光波長ＡｒＦ、投影光学系３０はＮＡ＝１．３５を用い、線幅４５ｎｍの非密集パターンを解像する。また、図２に示す瞳フィルタ１００の位置ｒが以下の条件を満たす位置の位相を規定する。
【００７７】
【数４】
2006245270.tif 000006
【００７８】
図１５（ａ）は、パターン線幅を４５ｎｍに固定しパターン間隔とパターン線幅の比を変えて、深度を調べたグラフである。偏光状態をＳ偏光と無偏光にした場合とを比較してある。図１４の瞳フィルタの用いない場合と比較して、瞳フィルタを用いると図１５（ａ）のように、間隔と線幅のあらゆる比で深度を拡大することができる。Ｓ偏光では効果が非常に大きい。無偏光照明では間隔と線幅の等しい密集部分で露光量裕度が低下するという反作用も生じるが、無偏光照明でも非密集パターンに対して効果がある。
【実施例２】
【００７９】
実施例１と同様に、マスク２０を通過してマスクパターンを反映する光は、投影光学系３０により、液体ＬＷを介してウェハ４０に結像される。この場合、露光波長ＡｒＦ、投影光学系はＮＡ＝１．３５を用い、線幅４５ｎｍの非密集パターンを解像する。また、図２に示す瞳フィルタ１００の位置ｒが以下の条件を満たす位置の位相を規定する。
【００８０】
【数５】
2006245270.tif 000007
【００８１】
図１５（ｂ）は、瞳面の位置ｒの範囲をパラメータとし、パターン線幅を45nmに固定しパターン間隔とパターン線幅の比を変えて、深度を調べたグラフである。通常は１枚のマスクのパターンで、パターンがとるピッチは限られていることが多いので、パターンのもつ特定のピッチにあわせて、ｒの範囲を変えてやれば特定のピッチの深度が大幅に拡大される。すなわち数式１乃至３を満たすピッチの近傍で深度が大幅に拡大される。
【実施例３】
【００８２】
上述の実施例では、ラインパターンに関してであったが、コンタクトホールのパターンにも瞳フィルタ１００は有効である。
【００８３】
この場合、露光波長はＡｒＦ、投影光学系はＮＡ＝１．３５、照明条件はσ＝０．２の無偏光とする。バイナリーマスクでは、図１６のようなマスクパターンのとき、コンタクトホールの幅ｗとピッチｐはウェハ面上での長さに換算してｗ＝５５（ｎｍ）、ｐ＝１１０（ｎｍ）の微細なホールであるとする。ここで、図１６は、コンタクトホールの平面図であり、白い部分が光透過部分、黒い部分がガラス基板にクロムなどを塗布して遮光部分となっており、透過した光がコンタクトホールを形成する。
【００８４】
そのときの瞳面上での回折パターンは、図１７のようになる。ここで、図１７は、回折光を示す平面図である。図１７の円は、レンズの瞳の大きさを示す。垂直入射で透過した光は図のように、０次の回折光のみが瞳を透過し、１次の回折光は瞳を透過しないので、ピッチ１１０ｎｍのコンタクトホールは解像しない。
【００８５】
この透過部分の光のとなりあう位相を反転させたものがレベンソン型の位相シフトマスクであり、図１９のようになっている。図１９は、シフトマスクの平面図であり、灰色の部分が位相シフタを示し、白い部分の光の位相が１８０度反転した光透過部分である。
【００８６】
クロムのないクロムレス型の位相シフトマスクは図１８のようになっている。図１８は、クロムレス型位相シフトマスクを示す平面図である。このような位相シフトマスクを透過した光は、図２０に示すように、瞳面上で、バイナリーマスクでの１次回折光のピッチが半分になり、図中の黒丸の１次回折光は瞳を透過し、ピッチ１１０ｎｍのコンタクトホールは解像が可能になる。バイナリーマスクでの０次回折光、１次回折光は消滅するが比較のため、白丸で示した。ここで、図２０は、位相シフトマスクでの回折光を示す平面図である。
【００８７】
このようなコンタクトホールの密集パターンでは解像性がよく、深度も得られる。デフォーカスした像面上のコンタクトホールの幅をシミュレーションによって算出すると、図２３のようなデフォーカスによる線幅（ＣＤ）変化となる。これは最大深度が得られる露光量の±２.５％の変動時におけるデフォーカスによる線幅（ＣＤ）変化を示し、ホール幅５５ｎｍの誤差を±１０％の範囲で示した。ホール幅５５ｎｍで露光量の±２.５％の変動時、幅の誤差を±１０％となる深度は０．０８×２＝０．１６μｍである。ここで、図２３は、線幅（ＣＤ）とデフォーカスとの関係を示すグラフである。
【００８８】
次に、５５ｎｍのコンタクトホールの間隔を５５ｎｍの４倍の２２０ｎｍとしたとき、ピッチは２７５ｎｍであるが、そのときの位相シフトマスクは図２１のようになり、図２２のように、瞳面上での回折パターンは１次回折光に加えて２次回折光が瞳を透過する。ここで、図２１は、位相シフトマスクを示す平面図であり、図２２は、位相シフトマスクでの回折光を示す平面図である。
【００８９】
ラインパターンのような光遮光部分によってパターンを形成する場合には非密集パターンでもクロムレス型の位相シフトマスクは用いることはできるが、コンタクトホールでは非密集パターンに関してクロムレス型の位相シフトマスクは用いることはできない。
【００９０】
この図２１のような非密集パターンではラインパターンと同様、深度が得られず、図２４のようにデフォーカスによって線幅が急激に変化し、深度が０．０６μｍ弱しか得られない。ここで、図２４は、線幅（ＣＤ）とデフォーカスとの関係を示すグラフである。
【００９１】
そこで、本実施形態の瞳フィルタ１００を適用した場合、瞳フィルタ１００は瞳半径ｒ（ｒ≦１）の０．９≦ｒ≦１．０を位相反転したものを用いると、図２５のようになり、深度が０．２μｍ以上得られた。ここで、図２５は、線幅（ＣＤ）とデフォーカスとの関係を示すグラフである。
【００９２】
なお、ここでは位相シフトマスクについて実施例を示したが、バイナリマスクやハーフトーン位相シフトマスクでも垂直入射を含み、極端な斜入射でなければこのような深度拡大の効果は得られる。
【００９３】
上記露光方法、装置を用いることによって限られたピッチを除いては深度０．１５μｍ以上を達成することができる。マスクパターンのうち、用いられる主要なピッチにあわせて、瞳フィルタの最適位相分布を用いることにより、４５ｎｍの非密集パターンの深度０．１５μｍ以上を達成することができる。
【００９４】
次に、図２６及び図２７を参照して、上述の露光装置１を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図２６は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いて本発明のリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００９５】
図２７は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、上述の露光装置１によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。かかるデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置１を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。
【００９６】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の一側面としての露光装置を示す概略断面図である。
【図２】図１に示す露光装置の瞳フィルタを示す概略平面図である。
【図３】図２に示す瞳フィルタの別の実施形態を示す概略平面図である。
【図４】瞳面上での照明光の分布を示す概略平面図である。
【図５】瞳面上での照明光の分布を示す概略平面図である。
【図６】マスクパターン及び回折光の振幅を示す図である。
【図７】瞳半径とでフォーカス波面との関係を示すグラフである。
【図８】デフォーカスに対する線幅の関係を示すグラフである。
【図９】瞳直径と回折光との関係を示すグラフである。
【図１０】ウェハとレチクルの概略平面図である。
【図１１】レベンソン型位相シフトマスクの概略平面図である。
【図１２】強度分布と物体スペクトルと瞳との関係を示すグラフである。
【図１３】デフォーカスに対する線幅の関係を示すグラフである。
【図１４】間隔と線幅の比（Ｓ／Ｌ）と深度との関係を示すグラフである。
【図１５】間隔と線幅の比（Ｓ／Ｌ）と深度との関係を示すグラフである。
【図１６】コンタクトホールの概略平面図である。
【図１７】回折光を示す概略平面図である。
【図１８】レベンソン型の位相シフトマスクを示す概略平面図である。
【図１９】クロムレス型位相シフトマスクを示す概略平面図である。
【図２０】位相シフトマスクでの回折光を示す概略平面図である。
【図２１】位相シフトマスクを示す概略平面図である。
【図２２】位相シフトマスクでの回折光を示す概略平面図である。
【図２３】線幅（ＣＤ）とデフォーカスとの関係を示すグラフである。
【図２４】線幅（ＣＤ）とデフォーカスとの関係を示すグラフである。
【図２５】線幅（ＣＤ）とデフォーカスとの関係を示すグラフである。
【図２６】図１に示す本発明のＥＵＶ露光装置を使用したデバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。
【図２７】図２６に示すフローチャートのステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
【符号の説明】
【００９８】
１              露光装置
１０            照明装置
２０            マスク
２５            マスクステージ
３０            投影光学系
４５            ウェハステージ
５０            制御部
１００          瞳フィルタ
【図２】
2006245270.tif 000008
【図１８】
2006245270.tif 000009
【図２０】
2006245270.tif 000010
【図２２】
2006245270.tif 000011
【図１】
2006245270.tif 000012
【図３】
2006245270.tif 000013
【図４】
2006245270.tif 000014
【図５】
2006245270.tif 000015
【図６】
2006245270.tif 000016
【図７】
2006245270.tif 000017
【図８】
2006245270.tif 000018
【図９】
2006245270.tif 000019
【図１０】
2006245270.tif 000020
【図１１】
2006245270.tif 000021
【図１２】
2006245270.tif 000022
【図１３】
2006245270.tif 000023
【図１４】
2006245270.tif 000024
【図１５】
2006245270.tif 000025
【図１６】
2006245270.tif 000026
【図１７】
2006245270.tif 000027
【図１９】
2006245270.tif 000028
【図２１】
2006245270.tif 000029
【図２３】
2006245270.tif 000030
【図２４】
2006245270.tif 000031
【図２５】
2006245270.tif 000032
【図２６】
2006245270.tif 000033
【図２７】
2006245270.tif 000034